IA-32 Intel ArchitectureSoftware Developers Manual

Volume 3:System Programming Guide

NOTE: The IA-32 Intel Architecture Software Developers Manualconsists of four volumes: Basic Architecture, Order Number 253665;Instruction Set Reference A-M, Order Number 253666; Instruction SetReference N-Z, Order Number 253667; and the System ProgrammingGuide, Order Number 253668. Refer to all four volumes whenevaluating your design needs.

Order Number: 253668-017September 2005

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CONTENTSPAGE

CHAPTER 1ABOUT THIS MANUAL1.1 IA-32 PROCESSORS COVERED IN THIS MANUAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11.2 OVERVIEW OF THE SYSTEM PROGRAMMING GUIDE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-21.3 NOTATIONAL CONVENTIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-41.3.1 Bit and Byte Order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-41.3.2 Reserved Bits and Software Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-41.3.3 Instruction Operands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-51.3.4 Hexadecimal and Binary Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-61.3.5 Segmented Addressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-61.3.6 Syntax for CPUID, CR, and MSR Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-61.3.7 Exceptions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-71.4 RELATED LITERATURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-8

CHAPTER 2SYSTEM ARCHITECTURE OVERVIEW2.1 OVERVIEW OF THE SYSTEM-LEVEL ARCHITECTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-22.1.1 Global and Local Descriptor Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-52.1.1.1 Global and Local Descriptor Tables in IA-32 Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-52.1.2 System Segments, Segment Descriptors, and Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-52.1.2.1 Gates in IA-32e Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-62.1.3 Task-State Segments and Task Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-62.1.3.1 Task-State Segments in IA-32e Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-72.1.4 Interrupt and Exception Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-72.1.4.1 Interrupt and Exception Handling IA-32e Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-72.1.5 Memory Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-72.1.5.1 Memory Management in IA-32e Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-82.1.6 System Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-82.1.6.1 System Registers in IA-32e Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-92.1.7 Other System Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-92.2 MODES OF OPERATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-102.3 SYSTEM FLAGS AND FIELDS IN THE EFLAGS REGISTER . . . . . . . . . . . . . . . 2-122.3.1 System Flags and Fields in IA-32e Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-142.4 MEMORY-MANAGEMENT REGISTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-142.4.1 Global Descriptor Table Register (GDTR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-152.4.2 Local Descriptor Table Register (LDTR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-152.4.3 IDTR Interrupt Descriptor Table Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-162.4.4 Task Register (TR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-162.5 CONTROL REGISTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-162.5.1 CPUID Qualification of Control Register Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-242.6 SYSTEM INSTRUCTION SUMMARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-242.6.1 Loading and Storing System Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-252.6.2 Verifying of Access Privileges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-262.6.3 Loading and Storing Debug Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-272.6.4 Invalidating Caches and TLBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-272.6.5 Controlling the Processor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-272.6.6 Reading Performance-Monitoring and Time-Stamp Counters . . . . . . . . . . . . . .2-282.6.6.1 Reading Counters in 64-Bit Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-29

Vol. 3 iii

CONTENTS

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2.6.7 Reading and Writing Model-Specific Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-292.6.7.1 Reading and Writing Model-Specific Registers in 64-Bit Mode . . . . . . . . . . .2-29

CHAPTER 3PROTECTED-MODE MEMORY MANAGEMENT3.1 MEMORY MANAGEMENT OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-13.2 USING SEGMENTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-33.2.1 Basic Flat Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-33.2.2 Protected Flat Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-33.2.3 Multi-Segment Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-53.2.4 Segmentation in IA-32e Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-63.2.5 Paging and Segmentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-63.3 PHYSICAL ADDRESS SPACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-63.3.1 Physical Address Space for Processors with Intel EM64T . . . . . . . . . . . . . . . . .3-73.4 LOGICAL AND LINEAR ADDRESSES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-73.4.1 Logical Address Translation in IA-32e Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-83.4.2 Segment Selectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-83.4.3 Segment Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-93.4.4 Segment Loading Instructions in IA-32e Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-113.4.5 Segment Descriptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-123.4.5.1 Code- and Data-Segment Descriptor Types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-153.5 SYSTEM DESCRIPTOR TYPES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-173.5.1 Segment Descriptor Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-183.5.2 Segment Descriptor Tables in IA-32e Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-203.6 PAGING (VIRTUAL MEMORY) OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-203.6.1 Paging Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-213.6.2 Page Tables and Directories in the Absence of Intel EM64T . . . . . . . . . . . . . . .3-223.7 PAGE TRANSLATION USING 32-BIT PHYSICAL ADDRESSING . . . . . . . . . . . . 3-223.7.1 Linear Address Translation (4-KByte Pages) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-233.7.2 Linear Address Translation (4-MByte Pages) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-243.7.3 Mixing 4-KByte and 4-MByte Pages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-253.7.4 Memory Aliasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-253.7.5 Base Address of the Page Directory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-253.7.6 Page-Directory and Page-Table Entries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-263.7.7 Not Present Page-Directory and Page-Table Entries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-303.8 36-BIT PHYSICAL ADDRESSING USING THE PAE PAGING MECHANISM . . . 3-303.8.1 Enhanced Legacy PAE Paging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-313.8.2 Linear Address Translation With PAE Enabled (4-KByte Pages) . . . . . . . . . . . .3-313.8.3 Linear Address Translation With PAE Enabled (2-MByte Pages) . . . . . . . . . . . .3-323.8.4 Accessing the Full Extended Physical Address Space With the

Extended Page-Table Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-333.8.5 Page-Directory and Page-Table Entries With Extended Addressing

Enabled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-343.9 36-BIT PHYSICAL ADDRESSING USING THE PSE-36 PAGING

MECHANISM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-373.10 PAE-ENABLED PAGING IN IA-32E MODE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-393.10.1 IA-32e Mode Linear Address Translation (4-KByte Pages). . . . . . . . . . . . . . . . .3-393.10.2 IA-32e Mode Linear Address Translation (2-MByte Pages) . . . . . . . . . . . . . . . .3-403.10.3 Enhanced Paging Data Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-413.10.3.1 Reserved Bit Checking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-433.11 MAPPING SEGMENTS TO PAGES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-453.12 TRANSLATION LOOKASIDE BUFFERS (TLBS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-46

iv Vol. 3

CONTENTS

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CHAPTER 4PROTECTION4.1 ENABLING AND DISABLING SEGMENT AND PAGE PROTECTION . . . . . . . . . . 4-14.2 FIELDS AND FLAGS USED FOR SEGMENT-LEVEL AND

PAGE-LEVEL PROTECTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-24.2.1 Code Segment Descriptor in 64-bit Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-44.3 LIMIT CHECKING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-54.3.1 Limit Checking in 64-bit Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-64.4 TYPE CHECKING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-64.4.1 Null Segment Selector Checking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-84.4.1.1 NULL Segment Checking in 64-bit Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-84.5 PRIVILEGE LEVELS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-84.6 PRIVILEGE LEVEL CHECKING WHEN ACCESSING DATA SEGMENTS. . . . . . 4-114.6.1 Accessing Data in Code Segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-134.7 PRIVILEGE LEVEL CHECKING WHEN LOADING THE SS REGISTER . . . . . . . 4-134.8 PRIVILEGE LEVEL CHECKING WHEN TRANSFERRING PROGRAM

CONTROL BETWEEN CODE SEGMENTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-134.8.1 Direct Calls or Jumps to Code Segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-144.8.1.1 Accessing Nonconforming Code Segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-154.8.1.2 Accessing Conforming Code Segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-164.8.2 Gate Descriptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-174.8.3 Call Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-184.8.3.1 IA-32e Mode Call Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-194.8.4 Accessing a Code Segment Through a Call Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-204.8.5 Stack Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-234.8.5.1 Stack Switching in 64-bit Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-264.8.6 Returning from a Called Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-264.8.7 Performing Fast Calls to System Procedures with the

SYSENTER and SYSEXIT Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-284.8.7.1 SYSENTER and SYSEXIT Instructions in IA-32e Mode. . . . . . . . . . . . . . . . 4-294.8.8 Fast System Calls in 64-bit Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-304.9 PRIVILEGED INSTRUCTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-324.10 POINTER VALIDATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-324.10.1 Checking Access Rights (LAR Instruction) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-334.10.2 Checking Read/Write Rights (VERR and VERW Instructions) . . . . . . . . . . . . . 4-344.10.3 Checking That the Pointer Offset Is Within Limits (LSL Instruction) . . . . . . . . . 4-344.10.4 Checking Caller Access Privileges (ARPL Instruction) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-354.10.5 Checking Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-374.11 PAGE-LEVEL PROTECTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-374.11.1 Page-Protection Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-384.11.2 Restricting Addressable Domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-384.11.3 Page Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-384.11.4 Combining Protection of Both Levels of Page Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-394.11.5 Overrides to Page Protection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-394.12 COMBINING PAGE AND SEGMENT PROTECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-394.13 PAGE-LEVEL PROTECTION AND EXECUTE-DISABLE BIT . . . . . . . . . . . . . . . . 4-404.13.1 Detecting and Enabling the Execute-Disable Bit Capability. . . . . . . . . . . . . . . . 4-414.13.2 Execute-Disable Bit Page Protection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-414.13.3 Reserved Bit Checking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-434.13.4 Exception Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-44

Vol. 3 v

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CHAPTER 5INTERRUPT AND EXCEPTION HANDLING5.1 INTERRUPT AND EXCEPTION OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-15.2 EXCEPTION AND INTERRUPT VECTORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-25.3 SOURCES OF INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-25.3.1 External Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-25.3.2 Maskable Hardware Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-45.3.3 Software-Generated Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-45.4 SOURCES OF EXCEPTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-55.4.1 Program-Error Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-55.4.2 Software-Generated Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-55.4.3 Machine-Check Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-55.5 EXCEPTION CLASSIFICATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-55.6 PROGRAM OR TASK RESTART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-65.7 NONMASKABLE INTERRUPT (NMI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-85.7.1 Handling Multiple NMIs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-85.8 ENABLING AND DISABLING INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-85.8.1 Masking Maskable Hardware Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-95.8.2 Masking Instruction Breakpoints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-105.8.3 Masking Exceptions and Interrupts When Switching Stacks. . . . . . . . . . . . . . . .5-105.9 PRIORITY AMONG SIMULTANEOUS EXCEPTIONS AND INTERRUPTS . . . . . 5-105.10 INTERRUPT DESCRIPTOR TABLE (IDT). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-125.11 IDT DESCRIPTORS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-135.12 EXCEPTION AND INTERRUPT HANDLING. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-145.12.1 Exception- or Interrupt-Handler Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-155.12.1.1 Protection of Exception- and Interrupt-Handler Procedures . . . . . . . . . . . . . .5-175.12.1.2 Flag Usage By Exception- or Interrupt-Handler Procedure . . . . . . . . . . . . . .5-185.12.2 Interrupt Tasks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-195.13 ERROR CODE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-215.14 EXCEPTION AND INTERRUPT HANDLING IN 64-BIT MODE. . . . . . . . . . . . . . . 5-225.14.1 64-Bit Mode IDT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-225.14.2 64-Bit Mode Stack Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-235.14.3 IRET in IA-32e Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-245.14.4 Stack Switching in IA-32e Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-245.14.5 Interrupt Stack Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-255.15 EXCEPTION AND INTERRUPT REFERENCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-26

Interrupt 0Divide Error Exception (#DE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-27Interrupt 1Debug Exception (#DB). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-28Interrupt 2NMI Interrupt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-29Interrupt 3Breakpoint Exception (#BP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-30Interrupt 4Overflow Exception (#OF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-31Interrupt 5BOUND Range Exceeded Exception (#BR) . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-32Interrupt 6Invalid Opcode Exception (#UD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-33Interrupt 7Device Not Available Exception (#NM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-35Interrupt 8Double Fault Exception (#DF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-37Interrupt 9Coprocessor Segment Overrun. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-39Interrupt 10Invalid TSS Exception (#TS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-40Interrupt 11Segment Not Present (#NP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-43Interrupt 12Stack Fault Exception (#SS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-45Interrupt 13General Protection Exception (#GP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-47Interrupt 14Page-Fault Exception (#PF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-51

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Interrupt 16x87 FPU Floating-Point Error (#MF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-55Interrupt 17Alignment Check Exception (#AC). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-57Interrupt 18Machine-Check Exception (#MC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-59Interrupt 19SIMD Floating-Point Exception (#XF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-61Interrupts 32 to 255User Defined Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-64

CHAPTER 6TASK MANAGEMENT6.1 TASK MANAGEMENT OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-16.1.1 Task Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-16.1.2 Task State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-26.1.3 Executing a Task . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-36.2 TASK MANAGEMENT DATA STRUCTURES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-46.2.1 Task-State Segment (TSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-46.2.2 TSS Descriptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-76.2.3 TSS Descriptor in 64-bit mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-86.2.4 Task Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-96.2.5 Task-Gate Descriptor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-116.3 TASK SWITCHING. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-126.4 TASK LINKING. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-166.4.1 Use of Busy Flag To Prevent Recursive Task Switching. . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-186.4.2 Modifying Task Linkages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-186.5 TASK ADDRESS SPACE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-196.5.1 Mapping Tasks to the Linear and Physical Address Spaces. . . . . . . . . . . . . . . 6-196.5.2 Task Logical Address Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-206.6 16-BIT TASK-STATE SEGMENT (TSS). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-216.7 TASK MANAGEMENT IN 64-BIT MODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-23

CHAPTER 7MULTIPLE-PROCESSOR MANAGEMENT7.1 LOCKED ATOMIC OPERATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-27.1.1 Guaranteed Atomic Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-37.1.2 Bus Locking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-37.1.2.1 Automatic Locking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-47.1.2.2 Software Controlled Bus Locking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-57.1.3 Handling Self- and Cross-Modifying Code. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-67.1.4 Effects of a LOCK Operation on Internal Processor Caches. . . . . . . . . . . . . . . . 7-77.2 MEMORY ORDERING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-77.2.1 Memory Ordering in the Pentium and Intel486 Processors . . . . . . . . . . . . . . 7-87.2.2 Memory Ordering Pentium 4, Intel Xeon, and P6 Family Processors . . . . . . 7-87.2.3 Out-of-Order Stores For String Operations in Pentium 4, Intel Xeon, and

P6 Family Processors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-107.2.4 Strengthening or Weakening the Memory Ordering Model . . . . . . . . . . . . . . . . 7-117.3 PROPAGATION OF PAGE TABLE AND PAGE DIRECTORY

ENTRY CHANGES TO MULTIPLE PROCESSORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-137.4 SERIALIZING INSTRUCTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-147.5 MULTIPLE-PROCESSOR (MP) INITIALIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-157.5.1 BSP and AP Processors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-167.5.2 MP Initialization Protocol Requirements and Restrictions

for Intel Xeon Processors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-167.5.3 MP Initialization Protocol Algorithm for Intel Xeon Processors . . . . . . . . . . . . . 7-17

Vol. 3 vii

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7.5.4 MP Initialization Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-187.5.4.1 Typical BSP Initialization Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-197.5.4.2 Typical AP Initialization Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-217.5.5 Identifying Logical Processors in an MP System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-227.6 HYPER-THREADING AND MULTI-CORE TECHNOLOGY . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-237.7 DETECTING HARDWARE MULTI-THREADING SUPPORT AND TOPOLOGY . 7-247.7.1 Initializing IA-32 Processors Supporting Hyper-Threading Technology . . . . . . .7-247.7.2 Initializing Dual-Core IA-32 Processors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-257.7.3 Executing Multiple Threads on an IA-32 Processor

Supporting Hardware Multi-Threading. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-257.7.4 Handling Interrupts on an IA-32 Processor

Supporting Hardware Multi-Threading. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-257.8 INTEL HYPER-THREADING TECHNOLOGY ARCHITECTURE . . . . . . . . . . . . 7-267.8.1 State of the Logical Processors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-277.8.2 APIC Functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-287.8.3 Memory Type Range Registers (MTRR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-287.8.4 Page Attribute Table (PAT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-297.8.5 Machine Check Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-297.8.6 Debug Registers and Extensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-297.8.7 Performance Monitoring Counters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-297.8.8 IA32_MISC_ENABLE MSR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-307.8.9 Memory Ordering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-307.8.10 Serializing Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-307.8.11 MICROCODE UPDATE Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-307.8.12 Self Modifying Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-317.8.13 Implementation-Specific HT Technology Facilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-317.8.13.1 Processor Caches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-317.8.13.2 Processor Translation Lookaside Buffers (TLBs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-317.8.13.3 Thermal Monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-327.8.13.4 External Signal Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-327.9 DUAL-CORE ARCHITECTURE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-337.9.1 Logical Processor Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-337.9.2 Memory Type Range Registers (MTRR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-347.9.3 Performance Monitoring Counters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-347.9.4 IA32_MISC_ENABLE MSR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-347.9.5 MICROCODE UPDATE Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-347.10 PROGRAMMING CONSIDERATIONS FOR HARDWARE MULTI-THREADING

CAPABLE PROCESSORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-357.10.1 Hierarchical Mapping of Shared Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-357.10.2 Identifying Logical Processors in an MP System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-367.10.3 Algorithm for Three-Level Mappings of APIC_ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-387.10.4 Identifying Topological Relationships in a MP System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-417.11 MANAGEMENT OF IDLE AND BLOCKED CONDITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-457.11.1 HLT Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-457.11.2 PAUSE Instruction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-467.11.3 Detecting Support MONITOR/MWAIT Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-467.11.4 MONITOR/MWAIT Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-477.11.5 Monitor/Mwait Address Range Determination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-487.11.6 Required Operating System Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-497.11.6.1 Use the PAUSE Instruction in Spin-Wait Loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-497.11.6.2 Potential Usage of MONITOR/MWAIT in C0 Idle Loops . . . . . . . . . . . . . . . .7-507.11.6.3 Halt Idle Logical Processors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-52

viii Vol. 3

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7.11.6.4 Potential Usage of MONITOR/MWAIT in C1 Idle Loops. . . . . . . . . . . . . . . . 7-527.11.6.5 Guidelines for Scheduling Threads on Logical Processors Sharing

Execution Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-537.11.6.6 Eliminate Execution-Based Timing Loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-537.11.6.7 Place Locks and Semaphores in Aligned, 128-Byte Blocks of Memory . . . . 7-54

CHAPTER 8ADVANCED PROGRAMMABLE INTERRUPT CONTROLLER (APIC)8.1 LOCAL AND I/O APIC OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-18.2 SYSTEM BUS VS. APIC BUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-58.3 THE INTEL 82489DX EXTERNAL APIC, THE APIC, AND THE XAPIC . . . . . . . . 8-58.4 LOCAL APIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-58.4.1 The Local APIC Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-68.4.2 Presence of the Local APIC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-98.4.3 Enabling or Disabling the Local APIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-108.4.4 Local APIC Status and Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-108.4.5 Relocating the Local APIC Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-118.4.6 Local APIC ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-128.4.7 Local APIC State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-128.4.7.1 Local APIC State After Power-Up or Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-138.4.7.2 Local APIC State After It Has Been Software Disabled . . . . . . . . . . . . . . . . 8-138.4.7.3 Local APIC State After an INIT Reset (Wait-for-SIPI State) . . . . . . . . . . . . 8-148.4.7.4 Local APIC State After It Receives an INIT-Deassert IPI . . . . . . . . . . . . . . . 8-148.4.8 Local APIC Version Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-148.5 HANDLING LOCAL INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-158.5.1 Local Vector Table. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-158.5.2 Valid Interrupt Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-188.5.3 Error Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-198.5.4 APIC Timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-208.5.5 Local Interrupt Acceptance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-228.6 ISSUING INTERPROCESSOR INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-228.6.1 Interrupt Command Register (ICR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-228.6.2 Determining IPI Destination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-288.6.2.1 Physical Destination Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-288.6.2.2 Logical Destination Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-298.6.2.3 Broadcast/Self Delivery Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-318.6.2.4 Lowest Priority Delivery Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-318.6.3 IPI Delivery and Acceptance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-328.7 SYSTEM AND APIC BUS ARBITRATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-328.8 HANDLING INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-338.8.1 Interrupt Handling with the Pentium 4 and Intel Xeon Processors. . . . . . . . . . . 8-338.8.2 Interrupt Handling with the P6 Family and Pentium Processors . . . . . . . . . . . . 8-348.8.3 Interrupt, Task, and Processor Priority . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-368.8.3.1 Task and Processor Priorities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-378.8.4 Interrupt Acceptance for Fixed Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-388.8.5 Signaling Interrupt Servicing Completion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-408.8.6 Task Priority in IA-32e Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-408.8.6.1 Interaction of Task Priorities between CR8 and APIC . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-418.9 SPURIOUS INTERRUPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-418.10 APIC BUS MESSAGE PASSING MECHANISM AND

PROTOCOL (P6 FAMILY, PENTIUM PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-428.10.1 Bus Message Formats. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-43

Vol. 3 ix

CONTENTS

PAGE

8.11 MESSAGE SIGNALLED INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-438.11.1 Message Address Register Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8-448.11.2 Message Data Register Format. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8-45

CHAPTER 9PROCESSOR MANAGEMENT AND INITIALIZATION9.1 INITIALIZATION OVERVIEW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-19.1.1 Processor State After Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-29.1.2 Processor Built-In Self-Test (BIST) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-29.1.3 Model and Stepping Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-59.1.4 First Instruction Executed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-69.2 X87 FPU INITIALIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-69.2.1 Configuring the x87 FPU Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-69.2.2 Setting the Processor for x87 FPU Software Emulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-79.3 CACHE ENABLING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-89.4 MODEL-SPECIFIC REGISTERS (MSRS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-99.5 MEMORY TYPE RANGE REGISTERS (MTRRS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-99.6 INITIALIZING SSE/SSE2/SSE3 EXTENSIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-109.7 SOFTWARE INITIALIZATION FOR REAL-ADDRESS MODE OPERATION . . . . 9-109.7.1 Real-Address Mode IDT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-119.7.2 NMI Interrupt Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-119.8 SOFTWARE INITIALIZATION FOR PROTECTED-MODE OPERATION . . . . . . . 9-119.8.1 Protected-Mode System Data Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-129.8.2 Initializing Protected-Mode Exceptions and Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-139.8.3 Initializing Paging. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-139.8.4 Initializing Multitasking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-139.8.5 Initializing IA-32e Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-149.8.5.1 IA-32e Mode System Data Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-159.8.5.2 IA-32e Mode Interrupts and Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-159.8.5.3 64-bit Mode and Compatibility Mode Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-159.8.5.4 Switching Out of IA-32e Mode Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-169.9 MODE SWITCHING. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-179.9.1 Switching to Protected Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-179.9.2 Switching Back to Real-Address Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-189.10 INITIALIZATION AND MODE SWITCHING EXAMPLE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-209.10.1 Assembler Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-229.10.2 STARTUP.ASM Listing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-239.10.3 MAIN.ASM Source Code. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-339.10.4 Supporting Files. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-339.11 MICROCODE UPDATE FACILITIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-359.11.1 Microcode Update . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-369.11.2 Optional Extended Signature Table. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-409.11.3 Processor Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-419.11.4 Platform Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-429.11.5 Microcode Update Checksum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-439.11.6 Microcode Update Loader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-449.11.6.1 Hard Resets in Update Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-459.11.6.2 Update in a Multiprocessor System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-459.11.6.3 Update in a System Supporting Intel Hyper-Threading Technology. . . . . . . .9-469.11.6.4 Update in a System Supporting Dual-Core Technology . . . . . . . . . . . . . . . . .9-469.11.6.5 Update Loader Enhancements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-469.11.7 Update Signature and Verification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-46

x Vol. 3

CONTENTS

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9.11.7.1 Determining the Signature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-479.11.7.2 Authenticating the Update. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-489.11.8 Pentium 4, Intel Xeon, and P6 Family Processor

Microcode Update Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-499.11.8.1 Responsibilities of the BIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-499.11.8.2 Responsibilities of the Calling Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-519.11.8.3 Microcode Update Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-549.11.8.4 INT 15H-based Interface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-559.11.8.5 Function 00HPresence Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-559.11.8.6 Function 01HWrite Microcode Update Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-569.11.8.7 Function 02HMicrocode Update Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-619.11.8.8 Function 03HRead Microcode Update Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-629.11.8.9 Return Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-63

CHAPTER 10MEMORY CACHE CONTROL10.1 INTERNAL CACHES, TLBS, AND BUFFERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-110.2 CACHING TERMINOLOGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-410.3 METHODS OF CACHING AVAILABLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-510.3.1 Buffering of Write Combining Memory Locations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-810.3.2 Choosing a Memory Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-910.4 CACHE CONTROL PROTOCOL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-1010.5 CACHE CONTROL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-1010.5.1 Cache Control Registers and Bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-1110.5.2 Precedence of Cache Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-1510.5.2.1 Selecting Memory Types for Pentium Pro and Pentium II Processors . . . . 10-1610.5.2.2 Selecting Memory Types for Pentium 4, Intel Xeon,

and Pentium III Processors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-1710.5.2.3 Writing Values Across Pages with Different Memory Types. . . . . . . . . . . . 10-1810.5.3 Preventing Caching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-1810.5.4 Disabling and Enabling the L3 Cache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-1910.5.5 Cache Management Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-1910.5.6 L1 Data Cache Context Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2010.5.6.1 Adaptive Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2110.5.6.2 Shared Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2110.6 SELF-MODIFYING CODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2110.7 IMPLICIT CACHING (PENTIUM 4, INTEL XEON,

AND P6 FAMILY PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2210.8 EXPLICIT CACHING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2210.9 INVALIDATING THE TRANSLATION LOOKASIDE BUFFERS (TLBS) . . . . . . . 10-2310.10 STORE BUFFER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2410.11 MEMORY TYPE RANGE REGISTERS (MTRRS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2410.11.1 MTRR Feature Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2610.11.2 Setting Memory Ranges with MTRRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2710.11.2.1 IA32_MTRR_DEF_TYPE MSR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2710.11.2.2 Fixed Range MTRRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2810.11.2.3 Variable Range MTRRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2910.11.3 Example Base and Mask Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-3210.11.3.1 Base and Mask Calculations with Intel EM64T. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-3310.11.4 Range Size and Alignment Requirement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-3410.11.4.1 MTRR Precedences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-3410.11.5 MTRR Initialization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-35

Vol. 3 xi

CONTENTS

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10.11.6 Remapping Memory Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-3510.11.7 MTRR Maintenance Programming Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-3610.11.7.1 MemTypeGet() Function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-3610.11.7.2 MemTypeSet() Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-3710.11.8 MTRR Considerations in MP Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-3910.11.9 Large Page Size Considerations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-4010.12 PAGE ATTRIBUTE TABLE (PAT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-4110.12.1 Detecting Support for the PAT Feature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-4110.12.2 IA32_CR_PAT MSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-4210.12.3 Selecting a Memory Type from the PAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-4310.12.4 Programming the PAT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-4310.12.5 PAT Compatibility with Earlier IA-32 Processors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-45

CHAPTER 11INTEL MMX TECHNOLOGY SYSTEM PROGRAMMING11.1 EMULATION OF THE MMX INSTRUCTION SET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-111.2 THE MMX STATE AND MMX REGISTER ALIASING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-111.2.1 Effect of MMX, x87 FPU, FXSAVE, and FXRSTOR

Instructions on the x87 FPU Tag Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11-311.3 SAVING AND RESTORING THE MMX STATE AND REGISTERS . . . . . . . . . . . 11-411.4 SAVING MMX STATE ON TASK OR CONTEXT SWITCHES . . . . . . . . . . . . . . . 11-511.5. EXCEPTIONS THAT CAN OCCUR WHEN EXECUTING MMX

INSTRUCTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-511.5.1 Effect of MMX Instructions on Pending x87 Floating-Point Exceptions. . . . . . . .11-611.6 DEBUGGING MMX CODE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-6

CHAPTER 12SSE, SSE2 AND SSE3 SYSTEM PROGRAMMING12.1 PROVIDING OPERATING SYSTEM SUPPORT FOR

SSE/SSE2/SSE3 EXTENSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-112.1.1 Adding Support to an Operating System for SSE/SSE2/SSE3 Extensions. . . . .12-112.1.2 Checking for SSE/SSE2/SSE3 Extension Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12-212.1.3 Checking for Support for the FXSAVE and FXRSTOR Instructions . . . . . . . . . .12-212.1.4 Initialization of the SSE/SSE2/SSE3 Extensions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12-212.1.5 Providing Non-Numeric Exception Handlers for Exceptions Generated

by the SSE/SSE2/SSE3 Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12-412.1.6 Providing an Handler for the SIMD Floating-Point Exception (#XF) . . . . . . . . . .12-512.1.6.1 Numeric Error flag and IGNNE# . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12-612.2 EMULATION OF SSE/SSE2/SSE3 EXTENSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-612.3 SAVING AND RESTORING THE SSE/SSE2/SSE3 STATE . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-612.4 SAVING THE SSE/SSE2/SSE3 STATE ON TASK

OR CONTEXT SWITCHES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-712.5 DESIGNING OS FACILITIES FOR AUTOMATICALLY SAVING X87 FPU,

MMX, AND SSE/SSE2/SSE3 STATE ON TASK OR CONTEXT SWITCHES. . . . 12-712.5.1. Using the TS Flag to Control the Saving of the

x87 FPU, MMX, SSE, SSE2 and SSE3 State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12-8

CHAPTER 13SYSTEM MANAGEMENT13.1 SYSTEM MANAGEMENT MODE OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-113.2 SYSTEM MANAGEMENT INTERRUPT (SMI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2

xii Vol. 3

CONTENTS

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13.3 SWITCHING BETWEEN SMM AND THE OTHER PROCESSOR OPERATING MODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2

13.3.1 Entering SMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-313.3.2 Exiting From SMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-313.4 SMRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-413.4.1 SMRAM State Save Map. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-513.4.1.1 SMRAM State Save Map and Intel EM64T. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-813.4.2 SMRAM Caching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1013.5 SMI HANDLER EXECUTION ENVIRONMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1113.6 EXCEPTIONS AND INTERRUPTS WITHIN SMM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1213.7 MANAGING SYNCHRONOUS AND ASYNCHRONOUS

SYSTEM MANAGEMENT INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1413.7.1 I/O State Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1413.8 NMI HANDLING WHILE IN SMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1513.9 SAVING THE X87 FPU STATE WHILE IN SMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1613.10 SMM REVISION IDENTIFIER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1713.11 AUTO HALT RESTART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1713.11.1 Executing the HLT Instruction in SMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1813.12 SMBASE RELOCATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1813.12.1 Relocating SMRAM to an Address Above 1 MByte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1913.13 I/O INSTRUCTION RESTART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1913.13.1 Back-to-Back SMI Interrupts When I/O Instruction Restart Is Being Used . . . 13-2013.14 SMM MULTIPLE-PROCESSOR CONSIDERATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2113.15 ENHANCED INTEL SPEEDSTEP TECHNOLOGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2113.15.1 Software Interface For Initiating Performance State Transitions . . . . . . . . . . . 13-2213.16 THERMAL MONITORING AND PROTECTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2213.16.1 Catastrophic Shutdown Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2313.16.2 Thermal Monitor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2313.16.2.1 Thermal Monitor 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2313.16.2.2 Thermal Monitor 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2413.16.2.3 Performance State Transitions and Thermal Monitoring. . . . . . . . . . . . . . . 13-2513.16.2.4 Thermal Status Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2513.16.3 Software Controlled Clock Modulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2713.16.4 Detection of Thermal Monitor and Software Controlled

Clock Modulation Facilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-28

CHAPTER 14MACHINE-CHECK ARCHITECTURE14.1 MACHINE-CHECK EXCEPTIONS AND ARCHITECTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-114.2 COMPATIBILITY WITH PENTIUM PROCESSOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-114.3 MACHINE-CHECK MSRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-214.3.1 Machine-Check Global Control MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-214.3.1.1 IA32_MCG_CAP MSR (Pentium 4 and Intel Xeon Processors) . . . . . . . . . . 14-214.3.1.2 MCG_CAP MSR (P6 Family Processors) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-314.3.1.3 IA32_MCG_STATUS MSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-414.3.1.4 IA32_MCG_CTL MSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-514.3.2 Error-Reporting Register Banks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-514.3.2.1 IA32_MCi_CTL MSRs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-514.3.2.2 IA32_MCi_STATUS MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-614.3.2.3 IA32_MCi_ADDR MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-714.3.2.4 IA32_MCi_MISC MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-814.3.2.5 IA32_MCG Extended Machine Check State MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-8

Vol. 3 xiii

CONTENTS

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14.3.3 Mapping of the Pentium Processor Machine-Check Errorsto the Machine-Check Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14-9

14.4 MACHINE-CHECK AVAILABILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-1014.5 MACHINE-CHECK INITIALIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-1014.6. INTERPRETING THE MCA ERROR CODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-1114.6.1 Simple Error Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14-1214.6.2 Compound Error Codes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14-1214.6.3 Machine-Check Error Codes Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14-1514.7 GUIDELINES FOR WRITING MACHINE-CHECK SOFTWARE . . . . . . . . . . . . . 14-1514.7.1 Machine-Check Exception Handler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14-1614.7.2 Enabling BINIT# Drive and BINIT# Observation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14-1714.7.3 Pentium Processor Machine-Check Exception Handling . . . . . . . . . . . . . . . . .14-1814.7.4 Logging Correctable Machine-Check Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14-18

CHAPTER 15DEBUGGING AND PERFORMANCE MONITORING15.1 OVERVIEW OF THE DEBUGGING SUPPORT FACILITIES . . . . . . . . . . . . . . . . 15-115.2 DEBUG REGISTERS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-215.2.1 Debug Address Registers (DR0-DR3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-315.2.2 Debug Registers DR4 and DR5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-415.2.3 Debug Status Register (DR6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-415.2.4 Debug Control Register (DR7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-515.2.5 Breakpoint Field Recognition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-615.2.6 Debug Registers and Intel EM64T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-715.3 DEBUG EXCEPTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-715.3.1 Debug Exception (#DB)Interrupt Vector 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-815.3.1.1 Instruction-Breakpoint Exception Condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-915.3.1.2 Data Memory and I/O Breakpoint Exception Conditions . . . . . . . . . . . . . . .15-1015.3.1.3 General-Detect Exception Condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-1115.3.1.4 Single-Step Exception Condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-1115.3.1.5 Task-Switch Exception Condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-1115.3.2 Breakpoint Exception (#BP)Interrupt Vector 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-1215.4 LAST BRANCH RECORDING OVERVIEW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-1215.5 LAST BRANCH, INTERRUPT, AND EXCEPTION RECORDING

(PENTIUM 4 AND INTEL XEON PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-1215.5.1 CPL-Qualified Last Branch Recording Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-1315.5.2 MSR_DEBUGCTLA MSR (Pentium 4 and Intel Xeon Processors). . . . . . . . . .15-1515.5.3 LBR Stack (Pentium 4 and Intel Xeon Processors). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-1615.5.3.1 LBR Stack and Intel EM64T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-1815.5.4 Monitoring Branches, Exceptions, and Interrupts (Pentium 4 and

Intel Xeon Processors) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-1815.5.5 Single-Stepping on Branches, Exceptions, and Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . .15-1815.5.6 Branch Trace Messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-1915.5.7 Last Exception Records (Pentium 4 and Intel Xeon Processors) . . . . . . . . . . .15-1915.5.7.1 Last Exception Records and Intel EM64T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-1915.5.8 Branch Trace Store (BTS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-1915.5.8.1 Detection of the BTS Facilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-2015.5.8.2 Setting Up the DS Save Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-2015.5.8.3 Setting Up the BTS Buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-2115.5.8.4 Setting Up CPL-Qualified BTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-2215.5.8.5 Writing the DS Interrupt Service Routine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-22

xiv Vol. 3

CONTENTS

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15.6 LAST BRANCH, INTERRUPT, AND EXCEPTIONRECORDING (PENTIUM M PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-23

15.7 LAST BRANCH, INTERRUPT, AND EXCEPTIONRECORDING (P6 FAMILY PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-25

15.7.1 DebugCtlMSR Register (P6 Family Processors) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-2515.7.2 Last Branch and Last Exception MSRs (P6 Family Processors) . . . . . . . . . . . 15-2615.7.3 Monitoring Branches, Exceptions, and Interrupts (P6 Family Processors . . . . 15-2715.8 TIME-STAMP COUNTER. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-2815.9 PERFORMANCE MONITORING OVERVIEW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-2915.10 PERFORMANCE MONITORING (PENTIUM 4

AND INTEL XEON PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-3015.10.1 ESCR MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-3315.10.2 Performance Counters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-3515.10.3 CCCR MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-3615.10.4 Debug Store (DS) Mechanism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-3815.10.5 DS Save Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-3915.10.5.1 DS Save Area and IA-32e Mode Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-4215.10.6 Programming the Performance Counters for Non-Retirement Events. . . . . . . 15-4315.10.6.1 Selecting Events to Count. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-4415.10.6.2 Filtering Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-4715.10.6.3 Starting Event Counting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-4815.10.6.4 Reading a Performance Counters Count . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-4815.10.6.5 Halting Event Counting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-4915.10.6.6 Cascading Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-4915.10.6.7 EXTENDED CASCADING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5015.10.6.8 EXTENDED CASCADING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5115.10.6.9 Generating an Interrupt on Overflow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5115.10.6.10 Counter Usage Guideline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5215.10.7 At-Retirement Counting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5215.10.7.1 Using At-Retirement Counting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5415.10.7.2 Tagging Mechanism for Front_end_event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5515.10.7.3 Tagging Mechanism For Execution_event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5515.10.7.4 Tagging Mechanism for Replay_event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5615.10.8 Precise Event-Based Sampling (PEBS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5615.10.8.1 Detection of the Availability of the PEBS Facilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5615.10.8.2 Setting Up the DS Save Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5715.10.8.3 Setting Up the PEBS Buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5715.10.8.4 Writing a PEBS Interrupt Service Routine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5715.10.8.5 Other DS Mechanism Implications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5715.10.9 Counting Clocks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5715.10.9.1 Non-Halted Clockticks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5815.10.9.2 Non-Sleep Clockticks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5915.10.9.3 Incrementing the Time-Stamp Counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-5915.10.10 Operating System Implications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-6015.11 PERFORMANCE MONITORING AND HYPER-THREADING TECHNOLOGY. . 15-6015.11.1 ESCR MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-6115.11.2 CCCR MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-6215.11.3 IA32_PEBS_ENABLE MSR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-6415.11.4 Performance Monitoring Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-6415.12 PERFORMANCE MONITORING AND DUAL-CORE TECHNOLOGY . . . . . . . . 15-6615.13 PERFORMANCE MONITORING ON 64-BIT INTEL XEON PROCESSOR

MP WITH UP TO 8-MBYTE L3 CACHE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-66

Vol. 3 xv

CONTENTS

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15.14 PERFORMANCE MONITORING (P6 FAMILY PROCESSOR) . . . . . . . . . . . . . . 15-7015.14.1 PerfEvtSel0 and PerfEvtSel1 MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-7115.14.2 PerfCtr0 and PerfCtr1 MSRs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-7215.14.3 Starting and Stopping the Performance-Monitoring Counters. . . . . . . . . . . . . .15-7315.14.4 Event and Time-Stamp Monitoring Software. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-7315.14.5 Monitoring Counter Overflow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-7415.15 PERFORMANCE MONITORING (PENTIUM PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . 15-7415.15.1 Control and Event Select Register (CESR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-7515.15.2 Use of the Performance-Monitoring Pins. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-7615.15.3 Events Counted. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15-77

CHAPTER 168086 EMULATION16.1 REAL-ADDRESS MODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-116.1.1 Address Translation in Real-Address Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-316.1.2 Registers Supported in Real-Address Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-416.1.3 Instructions Supported in Real-Address Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-416.1.4 Interrupt and Exception Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-616.2 VIRTUAL-8086 MODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-716.2.1 Enabling Virtual-8086 Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-916.2.2 Structure of a Virtual-8086 Task . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-916.2.3 Paging of Virtual-8086 Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1016.2.4 Protection within a Virtual-8086 Task . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1116.2.5 Entering Virtual-8086 Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1116.2.6 Leaving Virtual-8086 Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1316.2.7 Sensitive Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1416.2.8 Virtual-8086 Mode I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1416.2.8.1 I/O-Port-Mapped I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1416.2.8.2 Memory-Mapped I/O. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1516.2.8.3 Special I/O Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1516.3 INTERRUPT AND EXCEPTION HANDLING IN VIRTUAL-8086 MODE . . . . . . . 16-1516.3.1 Class 1Hardware Interrupt and Exception Handling

in Virtual-8086 Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1716.3.1.1 Handling an Interrupt or Exception Through a Protected-Mode Trap

or Interrupt Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1716.3.1.2 Handling an Interrupt or Exception With an 8086 Program Interrupt

or Exception Handler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-1916.3.1.3 Handling an Interrupt or Exception Through a Task Gate . . . . . . . . . . . . . .16-2016.3.2 Class 2Maskable Hardware Interrupt Handling in

Virtual-8086 Mode Using the Virtual Interrupt Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . .16-2016.3.3 Class 3Software Interrupt Handling in Virtual-8086 Mode. . . . . . . . . . . . . . .16-2316.3.3.1 Method 1: Software Interrupt Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-2516.3.3.2 Methods 2 and 3: Software Interrupt Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-2616.3.3.3 Method 4: Software Interrupt Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-2616.3.3.4 Method 5: Software Interrupt Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-2616.3.3.5 Method 6: Software Interrupt Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16-2716.4 PROTECTED-MODE VIRTUAL INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-28

CHAPTER 17MIXING 16-BIT AND 32-BIT CODE17.1 DEFINING 16-BIT AND 32-BIT PROGRAM MODULES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-217.2 MIXING 16-BIT AND 32-BIT OPERATIONS WITHIN A CODE SEGMENT . . . . . 17-2

xvi Vol. 3

CONTENTS

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17.3 SHARING DATA AMONG MIXED-SIZE CODE SEGMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . 17-317.4 TRANSFERRING CONTROL AMONG MIXED-SIZE CODE SEGMENTS . . . . . . 17-417.4.1 Code-Segment Pointer Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-517.4.2 Stack Management for Control Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-517.4.2.1 Controlling the Operand-Size Attribute For a Call. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-717.4.2.2 Passing Parameters With a Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-717.4.3 Interrupt Control Transfers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-817.4.4 Parameter Translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-817.4.5 Writing Interface Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-8

CHAPTER 18IA-32 COMPATIBILITY18.1. IA-32 PROCESSOR FAMILIES AND CATEGORIES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-118.2. RESERVED BITS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-218.3. ENABLING NEW FUNCTIONS AND MODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-218.4. DETECTING THE PRESENCE OF NEW FEATURES THROUGH SOFTWARE . 18-218.5. INTEL MMX TECHNOLOGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-318.6. STREAMING SIMD EXTENSIONS (SSE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-318.7. STREAMING SIMD EXTENSIONS 2 (SSE2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-318.8. STREAMING SIMD EXTENSIONS 3 (SSE3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-318.9. HYPER-THREADING TECHNOLOGY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-418.10. DUAL-CORE TECHNOLOGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-418.11. SPECIFIC FEATURES OF DUAL-CORE PROCESSOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-418.12. NEW INSTRUCTIONS IN THE PENTIUM AND LATER IA-32 PROCESSORS . . 18-418.12.1. Instructions Added Prior to the Pentium Processor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-518.13. OBSOLETE INSTRUCTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-618.14. UNDEFINED OPCODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-618.15. NEW FLAGS IN THE EFLAGS REGISTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-618.15.1. Using EFLAGS Flags to Distinguish Between 32-Bit IA-32 Processors . . . . . . 18-718.16. STACK OPERATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-718.16.1. PUSH SP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-718.16.2. EFLAGS Pushed on the Stack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-818.17. X87 FPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-818.17.1. Control Register CR0 Flags. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-818.17.2. x87 FPU Status Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-918.17.2.1. Condition Code Flags (C0 through C3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-918.17.2.2. Stack Fault Flag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1018.17.3. x87 FPU Control Word. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1018.17.4. x87 FPU Tag Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1018.17.5. Data Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1118.17.5.1. NaNs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1118.17.5.2. Pseudo-zero, Pseudo-NaN, Pseudo-infinity, and Unnormal Formats. . . . . 18-1118.17.6. Floating-Point Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1118.17.6.1. Denormal Operand Exception (#D). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1118.17.6.2. Numeric Overflow Exception (#O) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1218.17.6.3. Numeric Underflow Exception (#U). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1218.17.6.4. Exception Precedence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1318.17.6.5. CS and EIP For FPU Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1318.17.6.6. FPU Error Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1318.17.6.7. Assertion of the FERR# Pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1318.17.6.8. Invalid Operation Exception On Denormals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1418.17.6.9. Alignment Check Exceptions (#AC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-14

Vol. 3 xvii

CONTENTS

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18.17.6.10. Segment Not Present Exception During FLDENV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1418.17.6.11. Device Not Available Exception (#NM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1418.17.6.12. Coprocessor Segment Overrun Exception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1418.17.6.13. General Protection Exception (#GP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1418.17.6.14. Floating-Point Error Exception (#MF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1518.17.7. Changes to Floating-Point Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1518.17.7.1. FDIV, FPREM, and FSQRT Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1518.17.7.2. FSCALE Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1518.17.7.3. FPREM1 Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1518.17.7.4. FPREM Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1518.17.7.5. FUCOM, FUCOMP, and FUCOMPP Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1618.17.7.6. FPTAN Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1618.17.7.7. Stack Overflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1618.17.7.8. FSIN, FCOS, and FSINCOS Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1618.17.7.9. FPATAN Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1618.17.7.10. F2XM1 Instruction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1618.17.7.11. FLD Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1718.17.7.12. FXTRACT Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1718.17.7.13. Load Constant Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1718.17.7.14. FSETPM Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1718.17.7.15. FXAM Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1818.17.7.16. FSAVE and FSTENV Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1818.17.8. Transcendental Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1818.17.9. Obsolete Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1818.17.10. WAIT/FWAIT Prefix Differences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1818.17.11. Operands Split Across Segments and/or Pages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1918.17.12. FPU Instruction Synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-1918.18. SERIALIZING INSTRUCTIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1918.19. FPU AND MATH COPROCESSOR INITIALIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1918.19.1. Intel 387 and Intel 287 Math Coprocessor Initialization. . . . . . . . . . . . . . . . .18-2018.19.2. Intel486 SX Processor and Intel 487 SX Math Coprocessor Initialization . . . . .18-2018.20. CONTROL REGISTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-2118.21. MEMORY MANAGEMENT FACILITIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-2318.21.1. New Memory Management Control Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2318.21.1.1. Physical Memory Addressing Extension. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2318.21.1.2. Global Pages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2318.21.1.3. Larger Page Sizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2418.21.2. CD and NW Cache Control Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2418.21.3. Descriptor Types and Contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2418.21.4. Changes in Segment Descriptor Loads. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2418.22. DEBUG FACILITIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-2418.22.1. Differences in Debug Register DR6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2418.22.2. Differences in Debug Register DR7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2518.22.3. Debug Registers DR4 and DR5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2518.23. RECOGNITION OF BREAKPOINTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-2518.24. EXCEPTIONS AND/OR EXCEPTION CONDITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-2618.24.1. Machine-Check Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2718.24.2. Priority OF Exceptions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2718.25. INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-2818.25.1. Interrupt Propagation Delay. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2818.25.2. NMI Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-2818.25.3. IDT Limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-28

xviii Vol. 3

CONTENTS

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18.26. ADVANCED PROGRAMMABLE INTERRUPT CONTROLLER (APIC) . . . . . . . . 18-2818.26.1. Software Visible Differences Between the Local APIC and the 82489DX. . . . 18-2918.26.2. New Features Incorporated in the Local APIC for the P6 Family and

Pentium Processors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3018.26.3. New Features Incorporated in the Local APIC of the Pentium 4 and

Intel Xeon Processors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3018.27. TASK SWITCHING AND TSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3018.27.1. P6 Family and Pentium Processor TSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3018.27.2. TSS Selector Writes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3118.27.3. Order of Reads/Writes to the TSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3118.27.4. Using A 16-Bit TSS with 32-Bit Constructs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3118.27.5. Differences in I/O Map Base Addresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3118.28. CACHE MANAGEMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3218.28.1. Self-Modifying Code with Cache Enabled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3318.28.2. Disabling the L3 Cache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3418.29. PAGING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3418.29.1. Large Pages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3418.29.2. PCD and PWT Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3418.29.3. Enabling and Disabling Paging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3518.30. STACK OPERATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3518.30.1. Selector Pushes and Pops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3518.30.2. Error Code Pushes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3618.30.3. Fault Handling Effects on the Stack. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3618.30.4. Interlevel RET/IRET From a 16-Bit Interrupt or Call Gate . . . . . . . .